國家能源集團大力實施創新驅動發展戰略，把“創新型”作為戰略取向的第一位，不斷完善科技創新體系，推進重大科研攻關，努力構筑未來競爭的新動能、新優勢。目前，集團擁有直屬科研院所4個，分別是：國電科學技術研究院、北京低碳清潔能源研究院、國電新能源技術研究院、國家能源技術經濟研究院。二級單位管理的科研院所9個，全體科研院所研發人員共有1883人。擁有12個國家級研發平臺，5個院士工作站，13個博士后工作站。自主培養院士1名，聘任7名院士擔任集團公司首席科學家。依托聘任院士及其團隊，建立了3個協同創新中心，分別是：謝克昌院士牽頭的“煤炭清潔高效利用和應對氣候變化協同創新中心”、陳勇院士牽頭的“新能源與環保協同創新中心”和劉吉臻院士牽頭的“智能發電協同創新中心”。

截至2019年底，累計獲國家科技進步一等獎3項，二等獎33項，技術發明二等獎1項，中國專利金獎5項，中國專利銀獎1項。累計編制國家標準81項、其中主持制定8項。累計擁有有效專利10291件，其中發明專利2564件。重點在煤炭安全高效綠色開采、煤炭清潔高效發電、煤制油煤化工、重載鐵路運輸、風力發電和智慧水電等領域，開展重大技術攻關與工程示范，取得了一批科技成果。